如何使用Python實現軟件加密功能

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基礎知識

在 Python 中異或操作符為：^，也可以記作 XOR。按位異或的意思是：相同值異或為 0，不同值異或為 1。具體來講，有四種可能：0 ^ 0 = 0，0 ^ 1 = 1, 1 ^ 0 = 1, 1 ^ 1 = 0。我們還可總結出規律（A 為 0 或 1）：0 和 A 異或為 A本身；1 和 A 異或為 A 反。

讓我們想看看一位二進制數滿足的性質：

一位二進制數與自身的異或值為 0

b ^ b = 0

異或操作滿足交換律

a ^ b ^ c = a ^ (b ^ c) = (a ^ b) ^ c

0 與 a 的異或為 a

(a ^ b) ^ b = a ^ (b ^ b) = a ^ 0 = a

易知，對任意長二進制數都滿足上述性質。

原理

通過了解異或操作的性質，加密原理就非常清晰了。

加密操作：

首先將文件轉換成二進制數，再生成與該二進制數等長的隨機密鑰，將二進制數與密鑰進行異或操作，得到加密后的二進制數。

解密操作：

將加密后的二進制程序與密鑰進行異或操作，就得到原二進制數，最后將原二進制數恢復成文本文件

生成隨機密鑰：

secrets 庫是 Python 3.6 引入的偽隨機數模塊，適合生成隨機密鑰。token_bytes 函數接受一個 int 參數，用于指定隨機字節串的長度。int.from_bytes 把字節串轉換為 int，也就是我們需要的二進制數。

加密單元:

encrypt 函數接受一個 str 對象，返回元組 (int, int)。通過 encode 方法，我們將字符串編碼成字節串。int.from_bytes 函數將字節串轉換為 int 對象。最后對二進制對象和隨機密鑰進行異或操作，就得到了加密文本。

解密單元：

decrypt 接受兩個 int 對象，分別為加密文本和隨機密鑰。首先對兩者進行異或操作，計算解密出來的 int 對象所占比特數。decrypted.bit_length 函數得到的是二進制數的位數，除以 8 可以得到所占比特大小。為了防止，1 ~ 7 位的二進制數整除 8 得到 0，所以要加上 7，然后再進行整除 8 的操作。使用 int.to_bytes 函數將解密之后的 int 的對象轉換成 bytes 對象。最后通過 decode 方法，將字節串轉換成字符串。

利用上述函數，我們可以很輕松對文本文件進行加密、解密操作。

加密文本文件

path 為待加密文件的地址，如果不指定密鑰地址，則在該目錄下新建目錄和文件。

解密文件

執行完加密、解密文件操作，得到的解密文件與原文件相同

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